DE3045855A1 - Abdichtungsanordnung fuer rotierende wellen - Google Patents

Description

HOWALDTSWERKE-DEUTSCHE WERPT Aktiengesellschaft Hamburg und kiel

Abdichtungsanordnung für rotierende Wellen, ·

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Abdichtungsanord- i nung für rotierende Wellen, insbesondere auf die äußere Abdichtung einer Stevenrohranlage bei Schiffen. L

Für Stevenrohrabdichtungen wurden schon verschiedentlich Gleitringdichtungen vorgeschlagen, die das Eindringen von Außenwasser in das ölgefüllte Lager verhindern sollen. Da das Außenwasser, wie z, B. Seeoder Hafenwasser, häufig verschmutzt ist und abrasive ; Stoffe enthält, sind alle diesem Wasser ausgesetzten Dichtungen einem hohen Verschleiß unterworfen. Man hat i

daher schon vorgeschlagen, eine vor einer äußeren, dem äußeren Medium zugekehrten Lippendichtung gelegene Kammer mit einer Flüssigkeit zu füllen, deren Druck höher als der Druck des Mediums ist, so daß die Flüssigkeit nach außen durch die Dichtungsfläche wandert und diese sauber hält (deutsche Patentanmeldung 29 25 244), Als Flüssigkeit wird hierbei ein umweltfreundliches Medium, wie z. B. sauberes Wasser, verwendet. Die Kammer ist auf ihrer anderen, inneren Seite durch eine Gleitringdichtung abgeschlossen, die durch einen Kolben oder eine Feder zusammengedrückt wird und an die sich ein Leckraum anschließt.

Durch die Erfindung soll die vorstehend beschriebene Lösung dadurch verbessert werden, daß auch die äußere Dichtung als Gleitringdichtung ausgeführt werden kann, wobei ein geringer Verschleiß dieser äußeren Gleitringdichtung angestrebt wird, und daß der Anpreßdruck, insbesondere der inneren Gleitringdichtung, durch den von der Eintauchtiefe des Stevenrohrs abhängenden Druck des umgebenden Mediums, wie z, B, des Außenwassers, beeinflußt wird.

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Des weiteren soll zur Verringerung des Verschleißes der Gleitringe infolge von Verbiegungen oder ähnlichen Lageänderungen der Propellerwelle die Parallelität der Gleitflächen und somit die gleichmäßige Verteilung des Anpreßdrucks über den Abdichtungsumfang gesichert werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, zwei Gleitringdichtungen koaxial und vorzugsweise konzentrisch zueinander anzuordnen, zwischen denen sich eine Kammer befindet, in die Flüssigkeit mit einem Druck zugeführt wird. Eine doppelte Gleitringdichtung ist aus DE-OS 2o 17 8o9 zur Abdichtung eines Mischers bereits bekannt. Die dort beschriebene Anordnung, bei der gleichartige Gleitringe axial versetzt sind, ist ±>er für Stevenrohrabdichtungen nicht ohne weiteres geeignet.

Die Erfindung sieht daher vor, daß die beiden Gleitringe funktionell und konstruktiv unterschiedlich sind, wobei der innere Gleitring als hydrodynamische Dichtung ausgeführt und durch den statischen Druck des umgebenden Mediums, also z. B. des Seewassers, angedrückt wird, und wobei der äußere Gleitring als hydrostatische Dichtung ausgebildet und wenigstens teilweise durch den statischen Druck der Flüssigkeit in der Kammer zwischen den beiden Gleitringen beaufschlagt und infolge dieses Druckes und einer gesonderten elastischen Lagerung mit geringerer Kraft als der innere Gleitring angedrückt wird, wodurch ein Schmierspalt entsteht.

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AIs äußerer Gleitring wird derjenige Gleitring bezeichnet, der die Kammer gegenüber dem umgebenden Außenwasser bzw, Seewasser abdichtet. Bei den im folgenden wiedergegebenen Beispielen hat er auch den größeren Abdichtungsdurchmesser, Durch die Dichtungsfläche des äußeren Gleitringes soll die in der Kammer befindliche Flüssigkeit in geringem Ausmaß nach außen dringen, wobei die Flüssigkeit die Gleitfläche schmiert und gegebenenfalls von eindringendem Schmutz säubert.

Der innere Gleitring dichtet die Kammer gegenüber einem drucklosen Leckraum ab, an dem sich zum Schiffsinneren hin das ölgefüllte Stevenrohrlager anschließt. Die Flüssigkeit der Kammer schmiert auch den inneren Gleitring und kann aus dem Leckraum abfließen* Die innere Gleitringdichtung bietet eine zusätzliche Sicherheit gegen das Eindringen von Außenwasser in den Leckraum und das Stevenrohrlager, falls die Abdichtung am äußeren Gleitring unzureichend wird.

Bei der äußeren, hydrostatischen Gleitringdichtung wird der Spalt zwischen Gleitring und Gegenring durch den Druck und die Menge der der Kammer zugeführten Flüssigkeit beeinflußt. Der Gleitring oder ein mit ihm axial verschiebbarer anderer Ring besitzen daher eine Angriffsfläche, über die die Flüssigkeit einen den Spalt vergrößernden, gegen eine elastische Kraft gerichteten Druck ausüben kann,

üei der inneren, hydrodynamischen Gleitringdichtung bildet sich ein gewisser Schmierfilm nur durch die relativ zueinander verdrehten Gleitflächen aus. Der Druck in der Kammer hat keinen Einfluß auf den Spalt oder auf die etwa hindurchtretende Menge der schmierenden Flüssigkeit.

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Beide Gleitringe werden zweckmäßigerweise in einem Halterungsring angeordnet, dessen rückseitige Fläche wenigstens teilweise dem Druck des umgebenden Mediums ausgesetzt ist. Hierdurch wird der innere Gleitring mit einer beispielsweise von der Eintauchtiefe des Stevenrohres abhängigen Kraft angedrückt, die auch bei unzureichender äußerer Abdichtung noch genügend Sicherheit gegen das Eindringen des umgebenden Mediums bietet, andererseits aber einen übermäßigen Verschleiß verhindert, der eintreten könnte, wenn ständig die maximale Andrückkraft wirkt.

Die innere Gleitringdichtung wird vorzugsweise als belastete Dichtung ausgeführt, bei der die Gleitfläche kleiner ist als die von dem umgebenden Medium beaufschlagte rückseitige Fläche des Halterungsringes.

Damit auch bei einem etwaigen Ausfall der äußeren Gleitringdichtung die innere noch genügend angedrückt wird, ist der dem Druck des umgebenden Mediums ausgesetzte Teil der rückseitigen Fläche des Halterungsringes größer als die Summe aller Flächen radial außerhalb der inneren Gleitringdichtung auf der anderen Seite.

Der Halterungsring ist auf der Welle axial verschiebbar angeordnet und kann sich daher auf die bei Schiffswellen oft erheblichen Längenänderungen einstellen. Bei einseitig gelagerten Wellenenden, wie z. B. bei einer Propellerwelle, ist mit einer wechselnden Durchbiegung des Wellenendes zu rechnen, die bei Gleitringdichtungen zu einer über den Umfang ungleichmäßigen Verteilung der Andrückkräfte und damit zu unterschiedlicher Spaltdicke und erhöhtem Verschleiß führen kann. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist daher der Halterungsring oder ein entsprechender Zwischenring so in Bezug auf das Wellenende gelagert, daß relative Winkeländerungen zwischen

der Achse des Wellenendes und der Achse der Gleitringe bzw. des Halterungsringes möglich werden. Dabei ist der Halterungsring z. B. mittels eines Ringwulstes kippbeweglich an einer Zylinderfläche des Wellenendes bzw. der Laufbuchse oder des die Abdichtungsanordnung am Stevenrohr befestigenden Flansches angeordnet und zentriert und umgibt das Wellenende mit einem gewissen, diese Beweglichkeit ermöglichenden Abstand.

Diese Anordnung sichert die Parallelität der zusammenwirkenden Gleitflächen und ist daher bei der Anwendung von zwei konzentrischen Gleitringen und bei sehr großen Gieitringdurchmessern wie z. B. bei Stevenrohrabdichtungen vorteilhaft. Zur Erleichterung der Montage und des Auswechselns können alle die Welle umgebenden Teile aus zwei Hälften bestehen, wobei zweckmäßigerweise die Trennebenen benachbarter Teile gegeneinander versetzt sind. Insbesondere sind die Verschleißteile zweiteilig, damit sie auch ohne Demontage des Propellers erneuert werden können.

Weitere Einzelheiten der Abdichtungsanordnung werden anhand der Ausführungsbeispiele beschrieben, die auf den beigefügten Zeichnungen schematisch dargestellt sind.

Figur 1 zeigt einen Schnitt durch eine Abdichtungsanordnung für eine Stevenrohrabdichtung,

Figur 2 zeigt einen vergrößerten Teilschnitt durch eine Abdichtungsanordnung ähnlich Figur 1,

Figur 3 zeigt eine etwas veränderte Ausführung der Abdichtungsanordnung nach Figur 2,

Figur 4 zeigt einen Teilschnitt durch eine andere Abdi chtungs anordnung.

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In Figur 1 ist auf einer Welle 1 eine Laufbuchse 2 angebracht, deren eines Ende einen Flansch 3 zur Befestigung an dem nicht dargestellten Propellerflansch besitzt und deren anderes Ende bis in das nicht mehr gezeigte Stevenrohrlager reichen kann. Die Abdichtungsanordnung wird mittels eines Befestigungsflansches 4 am Stevenrohr, das nicht mehr gezeichnet ist, angebracht. Im Befestigungsflansch 4 kann wenigstens die erste Dichtung des öIgefüllten Stevenrohres untergebracht sein.

Zur Abdichtung gegen das umgebende Medium sind der äußere Gleitring 11 und der innere Gleitring 12 vorgesehen. Diese sind in einem Halterungsring 13 gelagert und werden gegen einen Gegenring 14 angedrückt, der auf der Laufbuchse 2 drehfest und dicht z, B. mittels eines Klemmringes 4o befestigt ist. Zwischen den Gleitringen 11 und 12 befindet sich eine Kammer 15 für eine unter Druck über einen Kanal 16, 17, 18 zuführbare Flüssigkeit. Der innere Gleitring 12 sitzt fest in einer Nut des Halterungsringes 13, während der äußere Gleitring in einer Nut 19 in axialer Richtung verschiebbar untergebracht ist und durch Druckfedern 2o belastet wird. Er hat eine von dem Druck der Flüssigkeit in der Kammer 15 baufschlagbare Angriffsfläche 21, so daß dieser statische Druck den Gleitring 11 in die Nut 19 gegen die Kraft der Feder 2o zurückschieben kann, wodurch ein gewisser Spalt der äußeren Abdichtung eingestellt wird.

Ein Teil der Rückseite 22 des Halterungsringes 13 ist dem Druck des umgebenden Mediums ausgesetzt, das in einen Spaltraum 23 eindringen kann und beide Gleitringdichtungen, insbesondere aber die innere, unabhängig von etwaigen axialen Dehnungen der Welle 1 an den Gegenring andrückt. Druckfedern 24 haben nur eine Bedeutung, wenn die Abdichtungsanordnung aus dem Wasser kommt.

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Die Flächen des Gegenringes 14, die mit den Gleitringen 11, 12 zusammenwirken, liegen zweckmäßigerweise in einer Ebene, die zur Achse der Welle 1 senkrecht steht.

Die rückseitige Fläche 22 des Halterungsringes 13 und die Anordnung des inneren Gleitringes 12 an der anderen Seite des Halterungsringes 13 sind so gestaltet, daß auch bei Eindringen von Seewasser in die Kammer 15 und insbesondere bei einem relativ hohen Druck der Flüssigkeit in der Kammer 15 der Halterungsring 13 und damit auch die innere Dichtung 12 noch ausreichend an den Gegenring 14 angedrückt werden. Durch die Wahl eines entsprechenden Flächenverhältnisses ist die Kraft in Richtung des Gegenringes immer größer als die entgegengesetzt wirkende Kraft. Der Druck in der Kammer 15 ist vorzugsweise mindestens ein wenig höher als der Druck des umgebenden Mediums, damit stets etwas Flüssigkeit durch den Schmierspalt der äußeren Dichtung nach außen dringen kann. Der Druck der Flüssigkeit in der Kammer 15 kann entsprechend dem Druck des umgebenden Mediums geregelt werden, jedoch ist dies in den meisten Anwendungsfällen nicht erforderlich.

Der Halterungsring 13 umgibt die Laufbuchse 2 mit einem Abstand, so daß er auch bei einer Verbiegung der Welle 1 seine sich aus der Anlage der Gleitringe 11, 12 an dem Gegenring 14 ergebende Stellung beibehält. Um den Halterungsring 13 zur Welle zu zentrieren, ist an seinem äußeren Umfang ein Ringwulst 25 angeformt, der mit einem Kippbewegungen zulassenden Spiel an einer inneren Zylinderfläche 26 des Befestigungsflansches anliegt.

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Das Spiel ist auch für einen Druckausgleich des Mediums zwischen der Umgebung und dem Spaltraum 23 ausreichend.

Der Zwischenraum zwischen Halterungsring 13, Laufbuchse 2 und Befestigungsflansch 4 bildet einen Leckraum 27, Dieser wird auf seiner einen Seite durch die innere Gleitringdichtung 12 abgeschlossen, die sich zwischen dem sich mit der Welle drehenden Gegenring und dem verschiebbaren und kippbeweglichen Halterungsring 13, der in geeigneter, nicht dargestelltet Weise gegen Verdrehung gegenüber dem Befestigungsflansch 4 gesichert ist, befindet. Auf der anderen Seite wird der Leckraum 27 durch die erste Dichtung 5 des Stevenrohres begrenzt. Gegen den Spaltraum 23 wird der Leckraum 27 durch eine Lippendichtung 28 abgedichtet, die in dem Befestigungsflansch 4 untergebracht ist und Verschiebungen sowie auch Kippbewegungen des Halterungsringes 13 zuläßt.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Zuführung der Flüssigkeit vom Schiffsinneren in die Kammer 15 über die Kanäle 16, 17, 18, wobei der mittlere, den Leckraum 27 überbrückenden Kanal 17 flexibel ist und aus einem biegsamen, an einem Ende verschiebbar gelagerten Rohrstück besteht. Es kann auch ein flexibler Schlauch verwendet werden, wie in Figur 2 und 3 dargestellt ist.

Der Leckraum 27 nimmt die durch die innere Gleitringdichtung 12 als Schmiermittel hindurchtaretende Flüssigkeit und eventuell weitere durch die anderen Abdichtungen eintretende Medien auf. Er ist mit einer Ablaufleitung 29 versehen. Der Leckraum 27 ist drucklos und enthält normalerweise nur Luft,

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Figur 2 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Figur 1 mit weiteren Einzelheiten. Die Gleitringe 11, 12 sind mittels Packungen 31, 32 eingesetzt und abgedichtet und werden durch einen Ring 3o gehalten, der auch die Beweglichkeit des äußeren Gleitringes 11 begrenzt. Zwischen dem verschiebbaren äußeren Gleitring 11 und der ihn zurückdrückenden Feder 2o befindet sich ein Stützring 33. Wenigstens ein Teil der Angriffsfläche 21 kann durch eine bis in die Kammer vorspringende Schulter 34 des Stützringes 33 gebildet werden.

Der Halterungsring 13 wird durch den Druck des Außenwassers auf seine Rückseite 22 in Richtung des Gegenringes

14 gedrückt. Bei Längenänderungen der Welle verschiebt er sich relativ zum Befestigungsflansch· Bei Durchbiegungen der Welle stellt er sich ebenfalls unter dem Druck des Außenwassers so ein, daß die Gleitflächen der Gleitringe 11, 12 und des Gegenringes 13 parallel bleiben und die Andrückkräfte gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Der Druck der Flüssigkeit in der Kammer

15 wirkt auf die Angriffsfläche 21 und gegen die Druckfeder 2o. Durch diesen statischen Druck entsteht am äußeren Gleitring 11 ein Schmierspalt, durch welchen die Flüssigkeit nach außen gelangt und das Eindringen von Schmutz in den Schinierspalt verhindert. Die innere Gleitringdichtung 32 wird vom Druck in der Kammer 15 nicht beeinflußt. Ein Schmierfilm aus der Flüssigkeit bildet sich nur dynamisch, d. h. bei der Drehung von Welle 1 und Gegenring 14, aus. Wenn der Druck in der Kammer 15 vorübergehend niedriger als der Druck des Außenwassers werden sollte, tritt auch bei dem äußeren Gleitring eine dynamische Schmierung auf.

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Wenigstens die Gleitringe 11, 12 und der Gegenring 14 sind als Verschleißteile zweiteilig ausgeführt. Zur Erleichterung des Auswechselns dieser Verschleißteile und um eine kurze Baulänge zu erzielen, ist es zweckmäßig, auch die Ringteile 13, 3o und 33 zweiteilig auszubilden.

Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem auch der Gegenring 54 gegenüber der Laufbuchse 2 beweglich ist, um die Parallelität der Gleitflächen zu sichern. Der Gegenring wird hier durch eine Scheibe 55 gestützt; die selbst wiederum an einem Außenflansch 56 abgestützt ist, wobei sich diese Teile mit der Welle drehen. An jeder Seite der Scheibe 55 befindet sich ein Paar von vorspringenden Lagerstellen, Nocken oder Wälzkörpern 57, wobei ein Paar an einer Seite um 9o° gegenüber dem Paar auf der anderen Seite versetzt ist. Die Zeichnung zeigt nur ein Paar von Nocken 57, Durch die Scheibe 55 kann eine fehlende Parallelität zwischen dem auf der Welle befestigten Außenflansch 56 und dem Gegenring 54 ausgeglichen werden. Statt den Gegenring 54 abzustützen,kann bei festem Gegenring auch der Halterungsring mittels einer Scheibe 54 beweglich gelagert werden.

Bei der Ausfuhrungsform nach Figur 4 sind die Gleitringe 11, 12 in einem mit der Welle umlaufenden Halterungsring 63 angeordnet und werden durch den Außenwasserdruck gegen eine Gegenfläche 64 an dem Befestigungsflansch gedrückt. Der Halterungsring 63 wird über Mitnehmer mit dem Außenflansch 66, der der Flansch für den Propeller sein kann, gedreht. Eine in einem Ring 62 gelagerte Druckfeder 65 stützt den Halterungsring 63 bei der Montage gegen den Flansch 66 ab.

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Auch bei diesem Beispiel ist ein Abstand zwischen der Zylinderfläche 69, der Laufbuchse 2 und dem inneren Umfang des Halterungsringes 63 vorgesehen, aber die Zentrierung erfolgt hier über einen in diesen Zwischenraum vorspringenden Wulst 67, Der Leckraum 27 wird durch eine Lippendichtung 68 zwischen Halterungsring 63 und Laufbuchse 2 abgedichtet. Die übrigen Teile entsprechen denen der vorher beschriebenen Ausführungen.

Die Abdichtungsanordnung ist z. B. bei Verwendung von reinem Wasser als Flüssigkeit in der Kammer 15 umweltfreundlich, da keine schädlichen Stoffe in das umgebende Medium gelangen können. Durch die vorgesehene Schmierung besitzt auch der äußere Gleitring eine lange Lebensdauer, während der innere Gleitring eine zusätzliche Sicherheit ergibt, wie es insbesondere für Stevenrohrabdichtungen gefordert wird. Das Andrücken des inneren Gleitringes in Abhängigkeit vom Druck des umgebenden Mediums mindert den Verschleiß. Die Aufrechte rhaltung einer über den Umfang gleichmäßig verteilten Andrückkraft infolge der selbsttätigen Einstellung der Gleitflächen zueinander trägt vor allem bei großen Abdichtungsabmessungen von Stevenrohranlagen wesentlich zur Erhöhung der Lebensdauer bei. Die Anwendung der Abdichtungsanordnung ist jedoch nicht auf Stevenrohrabdichtungen beschränkt, sondern es können aucti andere Wellen an Wasserfahrzeugen, Wasserkraftmaschinen usw. in der beschriebenen Weise abgedichtet werden.

Claims (6)

1. HOWALDTSWERKE-DEUTSCHE WERFT AKTHENGESELLSCHA»-" HAMBURG UND KIEL

   Abdichtungsanordnung für rotierende Wellen

   ANSPRÜCHE

   1») Abdichtungsanordnung für rotierende Wellen, insbesondere als äußere Abdichtung eines Stevenrohrlagers unter Verwendung von zwei koaxial und verschiebbar angeordneten und elastisch angedrückten Gleitringen und mit einer Zuführung für eine Flüssigkeit in eine Kammer zwischen den beiden Gleitringen, dadurch gekennzeichnet, daß

   a) der innere Gleitring (12) als hydrodynamische Dichtung ausgeführt und weitgehend durch den statischen Druck des umgebenden Mediums angedrückt wird, und

   b) der äußere Gleitring (11) als hydrostatische Dichtung ausgeführt ist, die durch den Druck der Flüssigkeit in der Kammer (15) zwischen den beiden Gleitringen (11, 12) beaufschlagt und infolge dieses Druckes und einer gesonderten elastischen Lagerung mit geringerer Kraft als der innere Gleitring (12) angedrückt wird.
2. 2. Abdichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Gleitringe (11, 12) konzentrisch
   in einem verschiebbaren Halterungsring (13, 63) angeordnet sind, dessen rückseitige Fläche (22) wenigstens teilweise dem Druck des umgebenden Mediums ausgesetzt ist.
3. 3. Abdichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen des Gegenringes (14), an die die konzentrisch angeordneten Gleitringe (11, 12) angedrückt werden, in einer Ebene liegen,
4. 4. Abdichtungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Druck des umgebenden Mediums ausgesetzte Teil der rückseitigen Fläche (22) des Halterungsringes (13, 63) größer ist als die Summe der außerhalb des inneren Gleitringes (12) befindlichen, dem Gegenring (14) zugewandten Flächen des Halterungsringes (13, 63).
5. 5. Abdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhaltung der Parallelität zwischen den Dichtungsflächen der Gleitringe (11, 12) und des Gegenringes (Iq) auch bei Verbiegung der Propellerwelle der Halterungsring (13,63) kippbeweglich gegenüber einem Flansch (4) oder der Welle (1)

   . abgestützt ist und die Welle mit einem Abstand umgibt.
6. 6. Abdichtungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Halterungsring (13, 63) einen Ringwulst (25, 67) besitzt und eine den Ringwulst stützende Zylinderfläche (22, 69) vorgesehen ist, die den Halterungsring (13, 63) zentriert, wobei der Halterungsring und die Zylinderfläche mit kleinem Spiel gegeneinander beweglich sind.

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   7, Abdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenring (54) kippbeweglich gegenüber dem Außenflansch (56) abgestützt ist.

   8, Abdichtungsanordnung nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur beweglichen Abstützung eine Scheibe (55) vorgesehen ist, die an ihren beiden Seiten je ein Paar von vorspringenden Nocken oder Wälzkörpern (57) besitzt, wobei diese Paare von Nocken um versetzt sind.

   9« Abdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Halterungsring (13) drehfest und verschiebbar an dem Befestigungsflansch (4) angeordnet ist, wobei er auch gegenüber diesem kippbeweglich ist.

   10, Abdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Halterungsring (63) drehfest und verschiebbar auf der Welle (1) angeordnet ist, wobei er gegenüber dieser kippbeweglich ist.

   11, Abdichtungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Welle (1) umgebenden Teile, insbesondere der Halterungsring (13, 63), die Gleitringe (11, 12) und der Gegenring (14) zweiteilig sind.

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